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Hintergrund
der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Platinen und insbesondere eine Störstrom-widerstandsfähige Platinenanordnung,
bei denen/der der Einfluss elektromagnetischer Wellen und Hochfrequenzrauschen auf
Eigenschaften von Einrichtungen und Platinen verhindert wird.
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2. Beschreiben des Standes
der Technik
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Die
Anordnung elektronischer Einrichtungen auf einer Platine muss unter
Berücksichtigung
der Funktion der Platine bestimmt werden, wobei eine elektrische
Kupplung oder elektromagnetische Störung unter den Einrichtungen
berücksichtigt
werden muss. So produziert beispielsweise der Hochgeschwindigkeitsdigitalprozessor
oder eine Steuerungsschaltung eines elektronischen Schaltkreises, oder
die Antenne eine Hochfrequenzschaltkreises im Hochgeschwindigkeits-
oder Hochfrequenz-Betrieb hochfrequente elektromagnetische Wellen.
Das Hochfrequenz-Rauschen stört
mehr oder weniger die Übertragung
analoger Audio- oder Videosignale, wodurch die Signalübertragungsleistung
beeinträchtigt wird.
Bei der Schaltkreisanordnung einer Platine muss daher die Funktion
des Widerstandes gegen elektromagnetische Störbeeinflussung (EMI) berücksichtigt
werden.
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In
den 1 und 2 ist eine EMI-widerstandsfähige Platine 1 des
Standes der Technik gezeigt. Gemäß dieses
Aufbaus umfasst die EMI-widerstandsfähige Platine 1 mehrere
Hochfrequenzschaltbereiche 11. Jeder Hochfrequenzschaltkreisbereich 11 umfasst
mehrere elektronische Einrichtungen 110, welche während des
Betriebs Hochfrequenzrauschen erzeugen, und mehrere Metallrahmen 111, welche
den wirksamen Schaltkreis einer jeden elektronischen Einrichtung 110 umgeben,
und die elektronische Einrichtung 110 von einer anderen
abtrennt. Wie in 2 gezeigt, sind mehrere Metall-Schirmmasken 12 jeweils
auf den Hochfrequenzschaltkreisbereichen 11 angeordnet
und in Kontakt mit den Metallrahmen, um das Hochfrequenzrauschen
auf das Erdungspotential zu führen.
Das in den Hochfrequenzschaltkreisbereichen 11 erzeugte Hochfrequenzrauschen
wird daher ohne Beeinträchtigung
der elektrischen Eigenschaften anderer Einrichtungen und Schaltkreise
abgeschirmt, wobei die Metallrahmen 111 eine elektromagnetische
Beeinträchtigung
zwischen den elektronischen Hochfrequenzeinrichtungen 110 verhindern.
Da die Metall-Abschirmmasken 12 jedoch unter Berücksichtigung
der Konfiguration der Hochfrequenzschaltkreisbereiche 11 aufgebaut
sind, ist die Herstellung der Metall-Abschirm-Baugruppen 12 kompliziert
und kostenintensiv. Wenn ein Aufbau eingesetzt wird, bei dem die
Hochfrequenzschaltkreisbereiche 11 zusammen angeordnet
sind, ist nur eine einzige Metall-Abschirmmaske 12 erforderlich,
um die Hochfrequenzschaltkreisbereiche 11 abzuschirmen.
Wenn jedoch die Ränder
der Hochfrequenzbereiche 11 nicht zueinander passen, wird
auf der Platine bei dem Aufbau viel Platz vergeudet. In diesem Fall
bedecken die Hochfrequenzbereiche 11 einen großen Oberflächenbereich
der Platine 1. Als Folge ist die Größe des Endprodukts relativ
groß und
andere Schaltkreisfunktionsaufbauten müssen entsprechend größenmäßig verkleinert
werden, wodurch die Integrität
der Schaltkreisfunktion des elektronischen Produktes abnimmt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
folgende Erfindung wurde im Hinblick auf die Umstände gemacht.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfachen
und kostengünstigen,
EMI-widerstandsfähigen
Platinen-Aufbau bereitzustellen, bei dem eine elektromagnetische
Interferenz wirksam verhindert wird, bei dem der Raum für den Schaltkreisaufbau
wirksam genutzt wird, und bei dem die Größe des Endproduktes verringert
wird.
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Um
diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfasst der EMI-widerstandsfähige Schaltkreisaufbau
mindestens zwei Platinen, die als Stapel vorliegen, und einen Metall-Abschirmrahmen, der
zwischen jeweils zwei benachbarten Platinen eingeschoben/angeordnet
ist. Jede der Platinen weist darauf einen elektronischen Schaltkreis
auf. Die Platinen um fassen eine erste Schaltplatte mit mindestens
einer Hochgeschwindigkeitseinrichtung, welche in der Umgebung Hochfrequenzrauschen
erzeugt, was zu einem EMI-Effekt führt. Der Metall-Abschirmungsrahmen
ist mit einem Erdungs-Potential der Platinen elektrisch verbunden
und schirmt mindestens eine Hochgeschwindigkeitseinrichtung ab,
um das erzeugte Hochfrequenzrauschen zu dem Erdungs-Potential zu
führen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Schemazeichnung, welche die Struktur einer EMI-widerstandsfähigen Platine
des Standes der Technik zeigt.
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2 ist
eine andere Schemazeichnung der EMI-widerstandsfähigen Platine des Standes der Technik,
welche Metall-Abschirmmasken über
den jeweiligen Hochfrequenzschaltkreis-Bereich zeigt.
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3 ist
eine Explosionsansicht einer EMI-widerstandsfähigen Platinenanordnung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine Explosionsansicht einer EMI-widerstandsfähigen Platinenanordnung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine Explosionsansicht einer EMI-widerstandsfähigen Platinenanordnung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
die Schaltkreisanordnung auf der Bodenoberfläche der Analog-Platine der
EMI-widerstandsfähigen Platinenanordnung
gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
eine Teilschnittsansicht der EMI-widerstandsfähigen Platinenanordnung gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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In 3 ist
eine EMI-widerstandsfähige
Platinenanordnung 2 gemäß einer
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
gezeigt, welche eine Haupt-Platine 21 aufweist, die an
der Bodenseite angeordnet ist, eine Analog-Platine 22,
die an der oberen Seite angeordnet ist und einen Metall-Abschirmungsrahmen 20,
der zwischen der Haupt-Platine 21 und der Analog-Platine 22 angeordnet
ist.
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Die
am Boden angeordnete Haupt-Platine 21 weist darauf angeordnet
einen Hochgeschwindigkeitsverarbeitungsschaltkreis auf. Die obere
Analog-Platine 22 weist darauf einen Analogschaltkreis zur Übertragung
eines analogen Signals auf. Diese beiden Platinen 21 und 22 weisen
darüber
hinaus einen entsprechenden Digital-Schaltkreis zur Übertragung
eines digitalen Signals, welches frei von EMI ist, auf. Die Strukturen
der Platinen 21 und 22 und der des Metall-Abschirmungsrahmens 22 und
deren relatives Verhältnis
werden nachstehend beschrieben.
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Die
Haupt-Platine 21 umfasst einen Hochfrequenzschaltkreisbereich 23 und
einen digitalen Schaltkreisbereich 24. Darüber hinaus
weist die Haupt-Platine 21 eine obere Oberfläche 210 und
eine Bodenoberfläche 211 auf.
Der Hochfrequenzschaltkreisbereich 23 weist mehrere Hochgeschwindigkeitseinrichtungen 230 und
einen Erdungsschaltkreis 231 auf, die auf der oberen Oberfläche 210 angeordnet
sind. Der Erdungsschaltkreis 231 ist um den wirksamen Schaltkreis
einer jeden Hochgeschwindigkeitseinrichtung 230 angeordnet.
Diese Hochgeschwindigkeitseinrichtungen 230 umfassen beispielsweise
einen Hochgeschwindigkeitsprozessor oder Signalsteuerungselemente,
welche während des
Betriebs oder einer Steuerschaltung Hochfrequenzrauschen erzeugen.
Der digitale Schaltkreisbereich 24 umfasst den vorstehend
aufgeführten
digitalen Schaltkreis, einen Stromadapter 240 zur Versorgung
des gesamten Schaltkreissystems des EMI-widerstandsfähigen Platinenaufbaus 2 mit
Strom, und Übertragungsinterface 241 zur Übertragung
eines digitalen Signals zu peripheren Komponenten, die mit dem EMI-widerstandsfähigen Platinenaufbau 2 elektrisch
verbunden sind.
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Der
Metall-Abschirmungsrahmen 20 besteht aus einem leitfähigen metallischen
Material.
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Strukturell
ist der Metall-Abschirmungsrahmen 20 eingeteilt in einen äußeren Rahmen 201,
welcher sich um die Ränder
erstreckt und in mehrere Aufteilungsrahmen 202, die den
Erdungsschaltkreisen 231 um den wirksamen Schaltkreisbereich
einer jeden Hochgeschwindigkeitseinrichtung 230 entsprechen,
wodurch mehrere Aufnahmekammern 203 definiert werden. Die
untere Seite des äußeren Rahmens 201 und
der Aufteilungsrahmen 202 ist mit dem Erdungsschaltkreis 231 verbunden.
Der Metall-Abschirmungsrahmen 20 ist daher equivalent zu
dem Erdungspotential. Die Höhe
des Metall-Abschirmungsrahmens 20 ist etwas größer als
die Befestigungshöhe
aller elektronischen Einrichtungen in dem Hochfrequenzschaltkreisbereich 23.
Die Hochgeschwindigkeitseinrichtungen 230 sind jeweils
in den Aufnahmekammern 203 aufgenommen.
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Die
Analog-Platine 22 weist eine obere Oberfläche 220 und
eine untere Oberfläche 221 auf.
Auf der oberen Oberfläche 220 sind
die elektronischen Einrichtungen 222 des vorstehend aufgeführten Analog-Schaltkreises
und Digital-Schaltkreises angeordnet. Die untere Oberfläche 221 ist
mit dem Erdungspotential elektrisch verbunden und mit der oberen Seite
des äußeren Rahmens 201 und
den Aufteilungsrahmen 202 des Metall-Abschirmungsrahmen 20 verbunden,
wobei der Metall-Abschirmungsrahmen 22 zwischen der unteren
Oberfläche 221 der Analog-Platine 22 und
der oberen Oberfläche 210 der
Haupt-Platine 21 fixiert gehalten wird.
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Der
Metall-Abschirmungsrahmen 20 kann an die zwei Platinen 21 und 22 mit
einem leitfähigen Bondingmittel
oder mittels eines Lötverfahrens
gebondet werden. Der Metall-Abschirmungsrahmen 20 stützt daher
die zwei Platinen 21 fest, und umfasst die Hochgeschwindigkeitseinrichtungen 230 in
den Aufnahmekammern 203, was dazu führt, dass das während des
Hochgeschwindigkeitsbetriebs der Hochgeschwindigkeitseinrichtungen 230 erzeugte Hochfrequenzrauschen
an das Erdungspotential geführt
wird, wodurch eine Ableitung des Hochfrequenzrauschens verhindert
wird, so dass die Übertragung
des analogen Signals durch das Hochfrequenzrauschen nicht beeinträchtigt wird.
Darüber
hinaus wird, da die EMI-widerstandsfähige Platinenanordnung 2 die
zwei Platinen 21 und 22 und den Metall-Abschirmungsrahmen 20 in
einem Stapel angeordnet aufweisen, die Belegung des planaren Raums minimiert
und der verfügbare
Schaltkreisaufbaubereich stark erhöht, wodurch eine Steigerung
der Arbeit am Platinenaufbau wirksam verbessert wird.
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Sind
in dem gesamten Schaltkreissystem mehr Hochgeschwindigkeitseinrichtungen 230 erforderlich
und ist der Bodenbereich der Haupt-Platine 21 nicht ausreichend,
dann kann die EMI-widerstandsfähige
Platinenanordnung in vertikaler Richtung ausgedehnt werden, ohne
den Bereich der Haupt-Platine 21 auszudehnen. 4 zeigt
einen EMI-widerstandsfähigen
Platinenaufbau 3 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Gemäß dieser
zweiten Ausführungsform
umfasst der EMI-widerstandsfähige
Platinenaufbau 3 eine Haupt-Platine 30, einen
ersten Metall-Abschirmungsrahmen 31 und eine Hochfrequenzplatine 32, einen
zweiten Metall-Abschirmungsrahmen 33 und eine Analog-Platine 34,
welche in Reihe gestapelt sind.
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Funktionell
ist der Aufbau der Haupt-Platine 30, des ersten Metall-Abschirmungsrahmens 31 und der
Analog-Platine 34 jeweils equivalent zu der Haupt-Platine 21,
dem Metall-Abschirmungsrahmen 20 und der Analog-Platine 22 der
vorstehend aufgeführten
ersten Ausführungsform.
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Die
Hochfrequenzplatine 32 weist einen Schaltkreisaufbau auf,
der vergleichbar ist zu dem Hochfrequenzschaltkreisbereich 23 der
Haupt-Platine 21 der vorstehend aufgeführten ersten Ausführungsform.
Die Hochfrequenzplatine 32 weist ebenfalls eine obere Oberfläche 320 und
eine untere Oberfläche 321 auf,
die von der oberen Oberfläche 320 abgewandt
ist. Die obere Oberfläche 320 weist darauf
angeordnet mehrere Hochgeschwindigkeitseinrichtungen 35 auf
und einen Erdungsschaltkreis 36, der sich um die wirksamen
Schaltkreise einer jeden Hochgeschwindigkeitseinrichtung 35 erstreckt. Funktionell
ist der Aufbau der Bodenoberfläche 321 im
Wesentlichen gleich zu der Bodenoberfläche 221 der Analog-Platine 22 der
vorstehend aufgeführten ersten
Ausführungsform,
d. h. die Bodenoberfläche 321 ist
mit dem Erdungspotential des gesamten Schaltkreissystems elektrisch
verbunden und mit dem ersten Metall-Abschirmungsrahmen 31 verbunden.
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Funktionell
ist die Struktur des zweiten Metall-Abschirmungsrahmens 33 gleich
der des Metall-Abschirmungsrahmens 20 der vorstehend aufgeführten ersten
Ausführungsform.
Der zweite Metall-Abschirmungsrahmen 33 ist zwischen der
Analog-Platine 34 und der Hochgeschwindigkeitsplatine 32 fixiert
angeordnet und angepasst, um das während des Betriebs der Hochgeschwindigkeitseinrichtungen 322 erzeugte
Hochfrequenzrauschen zu dem Erdungspotential zu leiten.
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Aus
diesem Grunde minimiert die EMI-widerstandsfähige Platinenanordnung 3 einfach
mittels Ausdehnen des erforderlichen Schaltungsraums in vertikaler
Richtung die Größe des Produkts
und verhindert wirksam eine elektromagnetische Beeinträchtigung.
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Darüber hinaus
liefert die Erfindung, bei Berücksichtigung
von EMI-Effekten in die Umgebung, wie Kommunikationsstörungen oder
elektrostatische Umgebungsschädigungen
oder die erforderliche Installation eines Transmitters/Empfängers für ein analoges
Signal, wie eine Antenne, eine dritte Ausführungsform, bei der die Signalübertragung
des internen Analog-Schaltkreises
gegenüber
Umgebungs-EMI-Auswirkungen geschützt
wird. Wie in den 5–7 gezeigt,
umfasst die EMI-widerstandsfähige
Platinenanordnung 4 gemäß dieser
dritten Ausführungsform
eine Haupt-Platine 40, einen Metall-Abschirmungsrahmen 41 und
eine Analog-Platine 42. Die Haupt-Platine 40,
der Metall-Abschirmungsrahmen 41 und die Analog-Platine 42 sind
in Stapel angeordnet.
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Vergleichbar
zu dem Schaltkreisaufbau der Haupt-Platine 21 der vorstehend
aufgeführten
ersten Ausführungsform
weist die Haupt-Platine 40 einen Hochfrequenzschaltkreisbereich 43 und
einen Digital-Schaltkreisbereich 44 auf.
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Die
Analog-Platine 42 weist eine obere Oberfläche 420 und
eine untere Oberfläche 421 auf.
Auf der oberen Oberfläche 420 sind
zur Übertragung
von digitalen Signalen elektronische Einrichtungen 45 angeordnet.
Es ist daher nicht erforderlich, die obere Oberfläche 420 gegen
EMI (elektromagnetische Störungen)
zu schützen.
Wie in 6 gezeigt, sind auf der unteren Oberfläche 420 elektronische
Einrichtungen 46 zur Übertragung
von analogen Signalen und ein Erdungsschaltkreis 460 angeordnet,
der sich um den Rand erstreckt.
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Der
Metall-Abschirmungsrahmen 41 besteht aus einem leitfähigen metallischen
Material. Die oberen und unteren Kanten des Metall-Abschirmungsrahmens 41 sind
unter Berücksichtigung
des Erdungsschaltkreises 460 der Analog-Platine 42 und der
Grenzen des Erdungsschaltkreises des Hochfrequenzschaltkreisbereiches 43 ausgestaltet,
wodurch der Metall-Abschirmungsrahmen 41 gleich
dem Erdungspotential ist. Darüber
hinaus ist der Metall-Abschirmungsrahmen 41 durch eine
metallische Teilungs-Baugruppe 410 in einen oberen Abschirmungsbereich 411 und
einen unteren Abschirmungsbereich 412 eingeteilt. Wie in 7 gezeigt,
ist der untere Abschirmungsbereich 412 der Aufteilungsstruktur
des Metall-Abschirmungsrahmens 20 der vorstehend aufgeführten ersten
Ausführungsform vergleichbar.
Daher wird das während
des Betriebs des Schaltkreises des Hochfrequenzschaltkreisbereichs 43 erzeugte
Hochfrequenzrauschen ohne Ableitung zu dem Erdungspotential geführt. Der
obere Abschirmungsbereich 411 weist keine Aufteilungsstruktur
auf. Die Höhe
des oberen Abschirmungsbereichs 411 ist jedoch größer als
die Befestigungshöhe aller
elektronischen Einrichtungen auf der oberen Oberfläche 421 der
Analog-Platine 42, so dass die von dem Erdungsschaltkreis 460 umgebenen
Schaltkreise in dem oberen Abschirmungsbereich 411 umfasst
sind, wodurch ein ausreichender elektrostatischer Abschirmungseffekt
gegenüber äußerem Hochfrequenzrauschen,
welches von einer nahen Signalübermittlungsquelle 5 erzeugt
wird, geliefert wird.
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Obwohl
bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung zum Zwecke der Erläuterung
ausführlich beschrieben
wurden, können
zahlreiche Modifikationen und Verbesserungen durchgeführt werden,
ohne von dem Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung
ist daher mit der Maßgabe
der anliegenden Ansprüche
nicht begrenzt.